高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備的研發(fā)與應用

楊基好

（中鐵十局，濟南250000）

1 工程概況

1.1 工程概述

中鐵十局廊坊制梁場位于河北省廊坊市廣陽區(qū)萬莊鎮(zhèn)境內(nèi)，新建城際鐵路聯(lián)絡線一期工程線路里程DK22+827 線路左側(cè)，占地面積170 畝（0.11km2）。承擔新建城際鐵路聯(lián)絡線一期工程廊坊東站前特大橋、廊坊特大橋、新航城特大橋、動車走行線左線特大橋、動車走行線右線特大橋共計460 孔箱梁的預制施工任務。預制箱梁預應力管道位置偏差會直接影響高鐵箱梁耐久性，規(guī)范要求預應力管道定位鋼筋加工、安裝位置尺寸偏差均為2mm，施工過程中控制難度大。

1.2 國內(nèi)技術背景

針對預制箱梁定位鋼筋加工，采用傳統(tǒng)30mm×30mm 薄角鋼焊接加工的定位網(wǎng)胎具，人工焊接定位網(wǎng)鋼筋，難以保證全部孔道位置誤差≤2mm；且在使用過程中容易發(fā)生形變，影響定位網(wǎng)片精度，人工焊接焊點質(zhì)量難以保證，容易造成開焊，燒傷鋼筋等缺陷。

為提高定位網(wǎng)鋼筋焊接精度、質(zhì)量，提高工作效率，設計研發(fā)了一種電阻焊接形式的箱梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備。

2 高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備的設計研發(fā)

箱梁定位網(wǎng)筋智能焊接裝備（見圖1）通過放線盤儲存盤圓鋼筋，利用矯直輪對鋼筋進行矯直并儲存至儲料架，通過送絲機構進行縱向鋼筋長度精準送絲至焊接機構，橫向鋼筋通過鋼筋儲料箱自動落料，由磁鐵吸附至焊接電極處。壓下電極利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。

圖1 高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備平面布置圖

將焊件壓緊在2 個柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結晶，形成組織致密的焊點。這種焊接焊疤小、焊接牢固、不變形。

焊接完成后，由步進機構精準輸送至剪切機構進行剪切，剪切后形成底、腹板半成品鋼筋網(wǎng)片，通過組裝胎具對底板、腹板半成品鋼筋網(wǎng)片進行組裝焊接形成成品定位網(wǎng)片。

3 高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接施工工藝

高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接施工工藝流程圖

3.1 鋼筋的預矯直

預矯直機構采用五輥式交錯方式，從2 個90°垂直方向?qū)︿摻钤倪M行矯直。

圖3 高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接的鋼筋預矯直

3.2 鋼筋儲料

預矯直后的鋼筋經(jīng)牽引機構牽引進入儲料架儲料，為步進機構提供緩沖段，減輕步進機構牽引壓力，提高了步進機構精確度。

3.3 鋼筋步進

步進機構下輪上設有齒牙，可以避免鋼筋的打滑現(xiàn)象，提高了網(wǎng)片的尺寸精度和快速的送進。

3.4 主機焊接

GWCP500-X 主機采用橋式回路焊接方式，一次可以焊接2～4 個點，焊接火花小，焊接均勻。主機可實現(xiàn)定制角度旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)短鋼筋斜網(wǎng)焊接。主機可以旋轉(zhuǎn)定制角度，實現(xiàn)網(wǎng)片傾斜焊接。

3.5 定位網(wǎng)鋼筋剪切

剪切機構為整體式剪切，可在定制方向旋轉(zhuǎn)一定角度，滿足底板定位網(wǎng)片與腹板定位網(wǎng)片不同角度的剪切需求。

3.6 定位網(wǎng)鋼筋半成品存放

定位網(wǎng)焊接生產(chǎn)線可生產(chǎn)出的底板與腹板定位網(wǎng)片半成品，分編號擺放在存放架上，可一次性生產(chǎn)多套半成品，提高成品拼焊效率。

3.7 定位網(wǎng)鋼筋半成品拼裝

定位網(wǎng)焊接設備生產(chǎn)的半成品根據(jù)型號選擇相應的胎具拼焊成成品。整齊擺放在存放架上，以備施工使用。

4 工程應用及效益分析

4.1 技術優(yōu)點

該機械與傳統(tǒng)定位網(wǎng)胎具人工焊接相比，焊接效果好，操作方便，工作效率高，提高了工程質(zhì)量和施工技術水平。該生產(chǎn)線可焊接寬度≤1 500mm 網(wǎng)片，可對任意線材進行交叉傾斜角度焊接；該生產(chǎn)線用于將φ5.0mm～φ12.0mm 的冷拔鋼絲、鍍鋅鐵絲、帶肋鋼筋焊接成各種規(guī)格尺寸的網(wǎng)片；采用新型的焊接控制系統(tǒng)，更加穩(wěn)定可靠，滿足生產(chǎn)各種規(guī)格網(wǎng)片的生產(chǎn)需求；該設備采用數(shù)控伺服控制系統(tǒng)，精度準確，效率高、成本低；豐富的人機互動畫面，可直接反饋出故障點，減少操作人員查找故障時間，提高工作效率。

4.2 效益分析

高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備在中鐵十局廊坊制梁場中成功研發(fā)應用，安全、經(jīng)濟、高效，節(jié)約了大量的人力、物力，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益。該梁場節(jié)約費用34.6 萬元，該設備按5 個梁場進行折舊考慮，共計節(jié)約費用173 萬元。

1）電阻焊接設備，節(jié)省焊條使用：單孔梁定位網(wǎng)焊接需要焊條費用約85 元，460×85=39 100 元。

2）人工焊接單片網(wǎng)片用時需5min，包含胎具拼裝，鋼筋擺放及焊接，單孔梁用時約5.5h。定位網(wǎng)筋焊接設備拼裝單片網(wǎng)片用時僅需1min，包含底腹板網(wǎng)片擺放，拼焊單孔梁用時約1h。功效提高約82%，綜合功效分析計算定位網(wǎng)筋焊接設備每分鐘出半成品網(wǎng)片4 片，單孔梁需195 片預計用時約0.8h，考慮鋼筋更換等按照1h 進行計算，綜合功效提高約64%。

計算460 孔梁定位網(wǎng)焊接總用時460×5.5=2 530h，按照每天8h 一臺班計算共需要316 個臺班，每人每臺班200 元，費用合計約200×2×360=144 000 元。按照功效提高64%計算約節(jié)省費用92 160 元。

3）高鐵預制梁定位網(wǎng)鋼筋智能焊接設備的應用，減小成品不合格率，降低原材損耗，單孔梁節(jié)省約100kg 鋼筋，按每噸原材4 500 元計，梁場計節(jié)省鋼筋材料費20.7 萬元；模具加工用型鋼材料費節(jié)省30mm 角鋼約350m，按照4 600 元/t 計算單套網(wǎng)片可節(jié)約2 000 元，按照通常4 套計算需要8 000 元。